Ruostumattomasta teräksestä valmistettujen putkien luontaisesta korroosionkestävyydestä huolimatta meriympäristöön asennetut ruostumattomasta teräksestä valmistetut putket altistuvat erilaisille korroosiotyypeille odotetun käyttöikänsä aikana. Tämä korroosio voi johtaa hajapäästöihin, tuotehävikkiin ja mahdollisiin riskeihin. Offshore-lauttojen omistajat ja käyttäjät voivat vähentää korroosioriskiä määrittämällä alusta alkaen vahvempia putkimateriaaleja paremman korroosionkestävyyden saavuttamiseksi. Tämän jälkeen heidän on pysyttävä valppaina tarkastaessaan kemikaalien ruiskutuslinjoja, hydrauliikka- ja impulssilinjoja sekä prosessilaitteita ja -laitteita varmistaakseen, että korroosio ei uhkaa asennettujen putkien eheyttä tai vaaranna turvallisuutta.
Paikallista korroosiota esiintyy monilla lautoilla, laivoissa ja offshore-putkistoissa. Tämä korroosio voi olla pistekorroosiota tai rakokorroosiota, joista kumpikin voi syövyttää putken seinämää ja aiheuttaa nesteen vapautumista.
Korroosioriski kasvaa sovelluksen käyttölämpötilan noustessa. Lämpö voi kiihdyttää putken suojaavan ulkoisen passiivisen oksidikalvon hajoamista ja siten edistää pistekorroosiota.
Valitettavasti paikallista piste- ja rakokorroosiota on vaikea havaita, mikä tekee tällaisten korroosiotyyppien tunnistamisen, ennustamisen ja suunnittelun vaikeaksi. Näiden riskien vuoksi lauttojen omistajien, käyttäjien ja suunnittelijoiden on noudatettava varovaisuutta valitessaan parasta putkimateriaalia sovellukseensa. Materiaalivalinta on heidän ensimmäinen puolustuslinjansa korroosiota vastaan, joten oikein valitseminen on erittäin tärkeää. Onneksi he voivat käyttää hyvin yksinkertaista mutta erittäin tehokasta paikallisen korroosionkestävyyden mittausta, pistekorroosionkestävyyden ekvivalenttilukua (PREN). Mitä korkeampi metallin PREN-arvo on, sitä parempi on sen kestävyys paikalliselle korroosiolle.
Tässä artikkelissa tarkastellaan, miten piste- ja rakokorroosio tunnistetaan ja miten putkimateriaalien valinta optimoidaan offshore-öljy- ja kaasusovelluksissa materiaalin PREN-arvon perusteella.
Paikallista korroosiota esiintyy pienillä alueilla verrattuna yleiseen korroosioon, joka on tasaisempaa metallin pinnalla. Piste- ja rakokorroosiota alkaa muodostua 316-ruostumattomaan teräsputkeen, kun metallin ulompi kromipitoinen passiivinen oksidikalvo repeää altistuessaan syövyttäville nesteille, kuten suolavedelle. Kloridirikas meriympäristö sekä korkeat lämpötilat ja jopa putken pinnan saastuminen lisäävät tämän passivointikalvon hajoamisen todennäköisyyttä.
Pistekorroosio Pistekorroosio tapahtuu, kun putken osan passivointikalvo rikkoutuu ja muodostaa pieniä onteloita tai kuoppia putken pinnalle. Tällaiset kuopat todennäköisesti kasvavat sähkökemiallisten reaktioiden edetessä, minkä seurauksena metallin rauta liukenee kuopan pohjalla olevaan liuokseen. Liuennut rauta diffundoituu sitten kuopan pintaan ja hapettuu muodostaen rautaoksidia tai ruostetta. Kuopan syventyessä sähkökemialliset reaktiot kiihtyvät ja korroosio lisääntyy, mikä voi johtaa putken seinämän puhkeamiseen ja vuotoihin.
Putket ovat alttiimpia pistekorroosiolle, jos niiden ulkopinta on likaantunut (kuva 1). Esimerkiksi hitsaus- ja hiontatoimenpiteistä peräisin olevat epäpuhtaudet voivat vahingoittaa putken passivointioksidikerrosta, jolloin muodostuu ja kiihtyy pistekorroosiota. Sama pätee yksinkertaisesti putkista peräisin olevan epäpuhtauden käsittelyyn. Lisäksi suolapisaroiden haihtuessa putkiin muodostuvat märät suolakiteet suojaavat oksidikerrosta ja voivat johtaa pistekorroosioon. Tämän tyyppisen kontaminaation estämiseksi pidä putket puhtaina huuhtelemalla ne säännöllisesti makealla vedellä.
Kuva 1. Hapolla, suolaliuoksella ja muilla kerrostumilla saastunut 316/316L ruostumattomasta teräksestä valmistettu putki on erittäin altis pistekorroosiolle.
rakokorroosio. Useimmissa tapauksissa käyttäjä voi helposti havaita pistekorroosion. Rakokorroosiota ei kuitenkaan ole helppo havaita, ja se aiheuttaa suuremman riskin käyttäjille ja henkilöstölle. Tätä tapahtuu yleensä putkissa, joissa ympäröivien materiaalien välissä on kapeat raot, kuten puristimilla paikoillaan olevat putket tai tiiviisti vierekkäin pakatut putket. Kun suolaliuos valuu rakoon, ajan myötä tälle alueelle muodostuu kemiallisesti aggressiivista happaman rautakloridiliuosta (FeCl3), joka aiheuttaa raon nopeutunutta korroosiota (kuva 2). Koska rakokorroosio luonteensa vuoksi lisää korroosioriskiä, ​​rakokorroosiota voi esiintyä paljon alhaisemmissa lämpötiloissa kuin pistekorroosiota.
Kuva 2 – Putken ja putkituen väliin (ylhäällä) ja putken lähelle muita pintoja (alhaalla) voi kehittyä rakokorroosiota, koska rakoon muodostuu kemiallisesti aggressiivista rautakloridin happamoitunutta liuosta.
Rakokorroosio yleensä simuloi ensin pistekorroosiota putkiosan ja putken tukikauluksen väliin muodostuvassa raossa. Kuitenkin, koska Fe++-pitoisuus kasvaa murtuman sisällä olevassa nesteessä, alkuperäinen suppilo kasvaa ja suurenee, kunnes se peittää koko murtuman. Lopulta rakokorroosio voi johtaa putken puhkeamiseen.
Tiheät halkeamat edustavat suurinta korroosioriskiä. Siksi putken ympärysmitan suuren osan ympäröivät putkikiinnikkeet ovat yleensä riskialttiimpia kuin avoimet kiinnikkeet, jotka minimoivat putken ja kiinnikkeen välisen kosketuspinnan. Huoltoteknikot voivat auttaa vähentämään rakokorroosiovaurioiden tai -vikojen riskiä avaamalla kiinnikkeitä säännöllisesti ja tarkastamalla putkien pinnat korroosion varalta.
Piste- ja rakokorroosiota voidaan estää valitsemalla oikea metalliseos tiettyyn sovellukseen. Suunnittelijoiden on noudatettava asianmukaista huolellisuutta valitessaan optimaalista putkimateriaalia korroosioriskin minimoimiseksi käyttöympäristön, prosessiolosuhteiden ja muiden muuttujien perusteella.
Materiaalivalintojen optimoimiseksi spesifikaattorit voivat vertailla metallien PREN-arvoja määrittääkseen niiden kestävyyden paikalliselle korroosiolle. PREN voidaan laskea seoksen kemiallisista koostumuksista, mukaan lukien sen kromi- (Cr), molybdeeni- (Mo) ja typpipitoisuus, seuraavasti:
PREN-arvo kasvaa seoksen korroosionkestävien kromin, molybdeenin ja typen pitoisuuksien kasvaessa. PREN-suhde perustuu kriittiseen pistekorroosiolämpötilaan (CPT) – alimpaan lämpötilaan, jossa pistekorroosiota esiintyy – eri ruostumattomille teräksille kemiallisesta koostumuksesta riippuen. Pohjimmiltaan PREN on verrannollinen CPT:hen. Siksi korkeammat PREN-arvot osoittavat parempaa pistekorroosionkestävyyttä. Pieni PREN-arvon nousu vastaa vain pientä CPT-arvon nousua seokseen verrattuna, kun taas suuri PREN-arvon nousu osoittaa merkittävää suorituskyvyn paranemista paljon korkeampaan CPT-arvoon verrattuna.
Taulukossa 1 vertaillaan PREN-arvoja eri seoksille, joita käytetään yleisesti offshore-öljy- ja kaasuteollisuudessa. Se osoittaa, kuinka korkealaatuisempi putkiseos voi parantaa korroosionkestävyyttä huomattavasti. PREN-arvo nousee hieman 316 SS:stä 317 SS:ään. Super Austenitic 6 Mo SS tai Super Duplex 2507 SS sopivat erinomaisesti merkittävien suorituskyvyn parannusten saavuttamiseksi.
Korkeammat nikkelipitoisuudet (Ni) ruostumattomassa teräksessä lisäävät myös korroosionkestävyyttä. Ruostumattoman teräksen nikkelipitoisuus ei kuitenkaan ole osa PREN-yhtälöä. Joka tapauksessa on usein edullista valita korkeamman nikkelipitoisuuden omaavia ruostumattomia teräksiä, koska tämä alkuaine auttaa uudelleenpassivoimaan pintoja, joissa on merkkejä paikallisesta korroosiosta. Nikkeli stabiloi austeniittia ja estää martensiitin muodostumisen taivutettaessa tai kylmävedettäessä 1/8-kokoista jäykkää putkea. Martensiitti on ei-toivottu kiteinen faasi metalleissa, joka heikentää ruostumattoman teräksen kestävyyttä paikalliselle korroosiolle sekä kloridin aiheuttamalle jännityshalkeilulle. Vähintään 12 %:n korkeampi nikkelipitoisuus 316/316L-teräksessä on myös toivottavaa korkeapaineisissa vetykaasusovelluksissa. ASTM 316/316L -ruostumattoman teräksen vaadittu vähimmäisnikkelipitoisuus on 10 %.
Paikallista korroosiota voi esiintyä missä tahansa meriympäristössä käytettävässä putkistossa. Pistekorroosiota esiintyy kuitenkin todennäköisemmin jo saastuneilla alueilla, kun taas rakokorroosiota esiintyy todennäköisemmin alueilla, joilla putken ja asennuslaitteiden välillä on kapeat raot. Käyttämällä PREN-standardia pohjana spesifikaattori voi valita parhaan putkilaadun minimoimaan kaikenlaisen paikallisen korroosion riskin.
Muista kuitenkin, että on olemassa muita muuttujia, jotka voivat vaikuttaa korroosioriskiin. Esimerkiksi lämpötila vaikuttaa ruostumattoman teräksen pistekorroosionkestävyyteen. Kuumassa meri-ilmastossa kannattaa vakavasti harkita superausteniittista 6-molybdeeniterästä tai superduplex 2507 -ruostumattomasta teräksestä valmistettuja putkia, koska näillä materiaaleilla on erinomainen kestävyys paikallista korroosiota ja kloridihalkeilua vastaan. Viileämmässä ilmastossa 316/316L-putki voi olla riittävä, varsinkin jos putki on ollut käytössä onnistuneesti.
Offshore-lauttojen omistajat ja käyttäjät voivat myös ryhtyä toimiin korroosioriskin minimoimiseksi putkien asennuksen jälkeen. Heidän tulisi pitää putket puhtaina ja huuhdella ne säännöllisesti makealla vedellä pistekorroosioriskin vähentämiseksi. Heidän tulisi myös pyytää huoltoteknikkoja avaamaan puristimet rutiinitarkastusten aikana rakokorroosion tarkistamiseksi.
Noudattamalla yllä olevia ohjeita lauttojen omistajat ja käyttäjät voivat vähentää putkien korroosion ja siihen liittyvien vuotojen riskiä meriympäristössä, parantaa turvallisuutta ja tehokkuutta sekä vähentää tuotehävikin tai hajapäästöjen mahdollisuutta.
Brad Bollinger is the Oil and Gas Marketing Manager for Swagelok. He can be contacted at bradley.bollinger@swagelok.com.
Journal of Petroleum Technology, Society of Petroleum Engineersin lippulaivalehti, tarjoaa arvovaltaisia ​​​​katsauksia ja artikkeleita öljy- ja kaasuteollisuuden teknologian edistymisestä, öljy- ja kaasuteollisuuden kysymyksistä sekä uutisia SPE:stä ja sen jäsenistä.